DD256506A1

DD256506A1 - METHOD AND DEVICE FOR BIOLOGICAL NITRIFICATION

Info

Publication number: DD256506A1
Application number: DD29872986A
Authority: DD
Inventors: Claudia Menschel; Wolfgang Baumgardt
Original assignee: Projekt Wasserwirtschaft Veb
Priority date: 1986-12-30
Filing date: 1986-12-30
Publication date: 1988-05-11
Also published as: DD256506B1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Aufbereitung ammoniumhaltiger Waesser mit anschliessender Denitrifikation in Kompaktreaktoren. Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhoehung der Effektivitaet der biologischen Nitrifikation und Denitrifikation bei gleichzeitiger Senkung des Energieaufwandes fuer die Sauerstoffversorgung und die Minimierung des Naehrstoffbedarfs. Erfindungsgemaess sind in einem Behaelter zwei nach unten konisch ausgebildete Reaktorkammern unmittelbar uebereinander angeordnet, wobei Reaktorkammer (1), in der der Eintauchtrockenfilter befindlich ist, der in seiner Schuetthoehe so bemessen ist, dass die Aufenthaltszeit des Wassers in diesem Filter der erforderlichen Zeitspanne fuer die Umsetzung von NH4 zu NO2 entspricht, mit Reaktorkammer (2) ueber eine Leiteinrichtung, welche bis in den unteren konisch ausgebildeten Teil von Reaktorkammer (2) fuehrt, in der eine Schicht aus gekoerntem Traegermaterial angeordnet ist, welche zu 40-60% aus einem adsorptiv wirkenden Material mit einer spez. Dichte von 1,2 g/cm3 und zum restlichen Teil aus einem nicht adsorptiv wirkenden Material mit einer spezifischen Dichte von 0,5 bis kleiner 1 g/cm3 besteht.The invention relates to the treatment of ammonium-containing water with subsequent denitrification in compact reactors. The object of the invention is to increase the effectiveness of biological nitrification and denitrification while reducing energy consumption for oxygenation and minimizing nutrient requirement. According to the invention, two downwardly conically formed reactor chambers are arranged directly above one another in a container, the reactor chamber (1) in which the dip dry filter is located, which is dimensioned in its shoe height such that the residence time of the water in this filter is the required period of time for the reaction from NH4 to NO2, with reactor chamber (2) via a guide, which leads into the lower conical part of the reactor chamber (2), in which a layer of gekorerntem carrier material is arranged, which to 40-60% of an adsorptive acting Material with a spec. Density of 1.2 g / cm3 and the remainder of a non-adsorptive material having a specific gravity of 0.5 to less than 1 g / cm3.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

field of use

Die Erfindung betrifft die Aufbereitung ammoniumhaltiger Wässer mit anschließender Denitrifikation in Kompaktreaktoren.The invention relates to the treatment of ammonium-containing waters with subsequent denitrification in compact reactors.

State of the art

Ammoniumhaltige Rohwässer müssen zur weiteren Aufbereitung häufig einer Nitrifikation unterzogen werden, wobei Ammonium zu Nitrat oxidiert wird. Dabei können durch die Bildung des Nitrats vorgegebene Grenzwerte überschritten werden, die den Einsatz von nitratreduzierenden Verfahren erfordern. Ein effektives Verfahren der Nitrifikation ist die biologische Oxidation des Ammoniums. In den letzten Jahren sind hierzu speziell Rieselfilmreaktoren entwickelt worden, die nach der Einarbeitung eine stabile Abbauleistung aufweisen, jedoch einen hohen Sauerstoffbedarf, 3mg/O₂ pro mg NH₄, aufweisen und auf Grund der erforderlichen Kontaktzeit von 20-30 min. Bauhöhen um 5 m erfordern, wie z.B. in der Patentschrift WP 209354 beschrieben. Für die Nitrateliminierung können verschiedene Verfahren eingesetzt werden, so der Ionenaustausch, die Eliminierung von Makrophyten, die mikrobielle Denitrifikation im Festbett oder in der Wirbelschicht. An dieser Stelle soll nur auf die biologische mikrobielle Denitrifikation in der Wirbelschicht eingegangen werden.Ammonium-containing raw water must often be subjected to nitrification for further treatment, with ammonium being oxidized to nitrate. It can be exceeded by the formation of nitrate predetermined limits, which require the use of nitrate-reducing processes. An effective method of nitrification is the biological oxidation of ammonium. In recent years, special falling film reactors have been developed for this purpose, which have a stable degradation performance after incorporation, but have a high oxygen demand, 3mg / O ₂ per mg of NH ₄ , and due to the required contact time of 20-30 min. Building heights require by 5 m, as described for example in the patent WP 209354. Various methods can be used for nitrate elimination, such as ion exchange, macrophyte elimination, microbial denitrification in a fixed bed or in the fluidized bed. At this point, only the biological microbial denitrification in the fluidized bed should be discussed.

Die mikrowellen Bedingungen werden anaerob oder anoxisch gewählt. Die Aufwuchsträger sind Sand oder Aktivkohle, die mit Denitrifikanten geimpft werden. Um technische Kulturen gegen Fremdinfektionen zu schützen wird z. B. beim Bionitverfahren mit 2 Kreisläufen gearbeitet, dem eigentlichen Prozeßkreislauf und dem Regenerationskreislauf für die Denitrifikanten. Alle Verfahren haben einen hohen Bedarf an Kohlenstoff als Nährstoff.The microwave conditions are anaerobic or anoxic. The growth media are sand or activated carbon, which are inoculated with denitrifiers. To protect industrial cultures against foreign infections is z. B. worked in the bionite process with 2 circuits, the actual process cycle and the regeneration cycle for the denitrifiers. All processes have a high demand for carbon as a nutrient.

Die Kombination von biologischer Nitrifikation und biologischer Denitrifikation bei der Wasseraufbereitung war bisher nicht üblich.The combination of biological nitrification and biological denitrification in water treatment has not been common.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhöhung der Effektivität der biologischen Nitrifikation und der biologischen Denitrifikation bei gleichzeitiger Senkung des Energieaufwandes für die Sauerstoffversorgung Und Minimierung des Nährstoff bedarfes.The aim of the invention is to increase the effectiveness of biological nitrification and biological denitrification while reducing the energy required for the oxygen supply and minimizing the nutrient requirement.

Explanation of the essence of the invention

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem das zu behandelnde ammoniumbelastete, optisch klare Rohwasser, zuerst über einen mit Nitrifikanten beimpften schwimmenden Eintauchtrockenfilter geleitet wird, dessen Schütthöhe so bemessen wird, daß die Aufenthaltszeit des Wassers in diesem Filter der erforderlichen Zeitspanne für die Umsetzung von NH₄ zu NO2 entspricht. .According to the invention the object is achieved by, is passed first through a medium inoculated with nitrifying bacteria floating immersion dry filter the treated ammonium-loaded, optically clear raw water, the bed height is dimensioned so that the residence time of water in this filter, the time period required for the conversion of NH ₄ corresponds to NO2. ,

Die Oj-Versorgung ist so festzulegen, daß pro Milligramm Ammonium ca. 2,7 mg O2 zur Verfügung stehen. Unter diesen Bedingungen finden nur die Nitrifikanten der ersten Stufe wie Nitrosomonas, Nitrococcus, Nitrosolobus, Nitrospira die für ihr Wachstum erforderlichen Lebensbedingungen und die Nitrifikation bricht bei Erreichen der Nitritstufe'ab. Anschließend wird das Wasser über eine Leiteinrichtung einer zweiten, im gleichen Behälter integrierten Filterstufe zugeführt. Dabei strömt das zu behandelnde Wasser durch die Querschnittsverengung am Ende der Leiteinrichtung knapp oberhalb des Reaktorbodens mit einer hohen Geschwindigkeit von 1,5-IOm/sec. aus, wird umgelenkt und durchströmt den Reaktor unter Ausschluß von · Sauerstoff von unten nach oben; wobei das aus 2 unterschiedlichen Aufwuchsträgern bestehende, in die 2. Behandlungsstufe desselben Reaktors eingebrachte Füllmaterial angehoben und in Abhängigkeit von dergewählten Dichte der Aüfwuchsträger in 2 unterschiedlichen Höhen des Reaktors schwebende Wirbelbettzonen eingestellt wird. Das Gemisch von Aufwuchsträgern in der 2. Behandlungsstufe besteht aus einem Adsorbens und einem nichtadhäsiv wirkenden Material und wird mit einer technischen oder im Labor angezüchteten Denitrifikantenpopulation beimpft.The Oj supply should be determined so that approximately 2.7 mg O2 are available per milligram of ammonium. Under these conditions, only the nitrificants of the first stage such as Nitrosomonas, Nitrococcus, Nitrosolobus, Nitrospira find the living conditions necessary for their growth and nitrification breaks down upon reaching the nitrite stage. Subsequently, the water is supplied via a guide a second, integrated in the same container filter stage. In this case, the water to be treated flows through the cross-sectional constriction at the end of the guide just above the reactor bottom at a high speed of 1.5-IOm / sec. from, is deflected and flows through the reactor with the exclusion of · oxygen from bottom to top; wherein the filling material consisting of 2 different growth carriers and introduced into the second treatment stage of the same reactor is raised and fluidized bed zones are suspended in 2 different heights of the reactor, depending on the selected density of the waste growth carriers. The mixture of growth carriers in the 2nd treatment stage consists of an adsorbent and a non-adhesive material and is inoculated with a technical or laboratory-grown Denitrifikantenpopulation.

Infolge der vorwiegenden Belastung mit Nitrit nach der Passage des Eintauchtrockenfilters werden von der Denitrifikantenpopulation die Nitrit umsetzenden Mikroorganismen in ihren Lebensbedingungen bevorteilt. Dadurch wird die Wachstumsrate erhöht und eine technische Population mit Dominanz der nitritabbauenden Bakterien ausgebildet, die eine wesentlich geringere Anfälligkeit gegenüber Infektionen bei Fremdbeimpfung aufweist wie die unter sterilen Bedingungen gezüchteten Reinkulturen. Die Nährstoffe werden den Denitrifikanten vorwiegend aus der Autolyse und der Biomasse aus der Nitrifikationsstufe zur Verfügung gestellt. Die Autolyse wird dabei durch den Übergang in das anaerobe Milieu beschleunigt, wobei die Biomasse im Wirbelbett zerstört wird. Die dabei freigesetzten Enzyme werden an dem adhäsiven Trägermaterial fixiert und wirken als Katalysator bei der Nährstoffaufnahme, durch die auf dem Trägermaterial festgewachsenen Denitrifikanten bzw. bei der Spaltung von Nitrit in elementaren Stickstoff und Sauerstoff. Dadurch kommt es zu einer Beschleunigung des Denitrifikationsprozesses. Reicht die so für die Denitrifikation zur Verfügung gestellte Nährstoffkonzentration nicht aus, um ein stabiles Wachstum der Population zu gewährleisten, ist zusätzlich Kohlenstoff bereitzustellen, indem eine Lösung einer niedermolekularen, leicht abbaubaren Kohlehydratverbindung an der Stelle in den Reaktor eingeleitetet wird, an der das Leitrohr beginnt. Das behandelte Wasser wird oberhalb der Wirbelschicht abgezogen und gegebenenfalls einer erforderlichen Behandlung zur Eliminierung weiterer Inhaltsstoffe zugeführt. Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Verfahrensführung bestehen in der Möglichkeit die bei der biologischen Nitrifikation entstehenden Stickoxidverbindungen im gleichen Reaktor abzubauen, wobei etwa 30% des bei der klassischen Nitrifikation erforderlichen Sauerstoffe eingespart werden, während bei der Denitrifikation die erforderliche Kontaktzeit für die vollständige Umsetzung verringert und der Kohlenstoff/Nährstoffbedarf und die Produktion von Biomasse wesentlich reduziert werden.As a result of the predominant exposure to nitrite after passage of the dip filter, the denitrifying population will favor the nitrite-reacting microorganisms in their living conditions. This will increase the growth rate and develop a technical population with the dominance of nitrite-degrading bacteria, which has a much lower susceptibility to infection by foreign inoculation than the pure cultures grown under sterile conditions. The nutrients are provided to the denitrifiers mainly from the autolysis and biomass from the nitrification stage. The autolysis is accelerated by the transition into the anaerobic environment, the biomass is destroyed in a fluidized bed. The released enzymes are fixed to the adhesive carrier material and act as a catalyst in nutrient uptake, by the denitrificants grown on the carrier material or by the cleavage of nitrite into elemental nitrogen and oxygen. This leads to an acceleration of the denitrification process. If the nutrient concentration thus provided for denitrification is insufficient to ensure stable population growth, additional carbon must be provided by introducing a solution of a low molecular weight readily degradable carbohydrate compound into the reactor at the point where the draft tube begins , The treated water is withdrawn above the fluidized bed and optionally fed to a required treatment to eliminate further ingredients. The advantages of this process according to the invention consist in the possibility of reducing the nitrogen oxide compounds formed in the biological nitrification in the same reactor, whereby about 30% of the oxygen required in classical nitrification are saved, while in the denitrification reduces the contact time required for the complete reaction and the carbon / Nutrient requirement and the production of biomass are significantly reduced.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde eine entsprechende Vorrichtung entwickelt. In einem Behälter sind übereinander 2 Reaktorkammern angeordnetTo carry out the method according to the invention, a corresponding device has been developed. In a container, two reactor chambers are arranged one above the other

Die erste Reaktorkammer ist mit einem schwimmenden Eintauchtrockenfilter bestückt, der nur so tief in das Wasser eintaucht, wie es seinem Eigengewicht entspricht. Dieser Eintauchtrockenfilter besteht vorzugsweise aus einem schwimmfähigen, porösen Material mit einem spezifischen Gewicht kleiner 0,5g/cm³. Unterhalb des Eintauchtrockenfilters schließt sich ein trichterförmiger Sammelraum an. In die untere konische Zuspitzung mündet eine Leiteinrichtung, welche bis in den unteren Bereich der 2. Reaktorkammer im selben Behälter führt, deren Bodenbereich gleichfalls konisch ausgebildet ist. Diese zweite Reaktorkammer ist bestückt mit einem Gemisch aus 2 unterschiedlichen Aufwuchsträgermaterialien, welches 10-30% des gesamten Reaktorvolumens einnimmt, wobei diese Schicht zu 40-60% aus einem adsorptiv wirkenden, gekörnten Material mit einer spezifischen Dichte größer 1,2g/cm³ besteht und zum restlichen Teil aus einem nicht adsorptiven, gekörnten Material mit einer spezifischen Dichte von 0,5 bis kleiner 1 g/cm³.The first reactor chamber is equipped with a floating immersion dry filter, which dives only as deep into the water, as it corresponds to its own weight. This immersion drying filter is preferably made of a buoyant, porous material having a specific gravity of less than 0.5 g / cm ³ . Below the immersion drying filter, a funnel-shaped collecting space follows. In the lower conical taper opens a guide, which leads into the lower part of the second reactor chamber in the same container whose bottom portion is also conical. This second reactor chamber is equipped with a mixture of 2 different growth carrier materials, which occupies 10-30% of the total reactor volume, this layer consists of 40-60% of an adsorptive grained material having a specific gravity greater than 1.2 g / cm ³ and the remainder of a non-adsorptive granular material having a specific gravity of 0.5 to less than 1 g / cm ³ .

An der Grenze zur 1. Filterkammer befindet sich in der Behälterwandung eine Abzugsvorrichtung, welche nach dem Prinzip zweier verbundener Gefäßeso angeordnet ist, daß damit die Einströmhöhe der 1. Reaktorkammer festgelegt wird. Ist eine Zudosierung von Nährstoffen zur optimalen Gestaltung des Produktionsablaufes erforderlich, erfolgt diese unmittelbar in die Leiteinrichtung. Das aufzubereitende Wasser wird über ein Verteilungs- und Belüftungssystem oberhalb derAt the border to the first filter chamber is located in the tank wall a take-off device, which is arranged according to the principle of two connected Gefäßeso, that thus the inflow of the first reactor chamber is determined. If it is necessary to add nutrients to optimize the production process, this takes place directly in the guide. The water is treated via a distribution and ventilation system above the

1. Reaktorkammer, auf die Oberfläche des schwimmfähigen Eintauchfilters aufgebracht, durchsickert diesen und wird im angeordneten trichterförmigen Sammelraum gefaßt und gelangt von dort über eine Leiteinrichtung in den unteren, ebenfalls zylindrisch ausgebildeten Teil der 2. Reaktorkammer, welche im selbenBehälter befindlich ist. Aus der Querschnittsverengung der Leiteinrichtung tritt das Wasser mit hoher Geschwindigkeit aus, wird umgelenkt und durchströmt die 2. Reaktorkammer unter Sauerstoffausschluß von unten nach oben bei gleichzeitiger Ausbildung von 2 Wirbelbettzonen aus dem in der1. Reactor chamber, applied to the surface of the buoyant submerged filter, seep through it and is taken in the arranged funnel-shaped collecting space and passes from there via a guide in the lower, also cylindrically shaped part of the 2nd reactor chamber, which is located in the same container. From the cross-sectional constriction of the guide, the water exits at high speed, is deflected and flows through the second reactor chamber with exclusion of oxygen from bottom to top with simultaneous formation of 2 fluidized bed zones of the in the

2. Reaktorkammer eingebrachten Aufwuchsträgerrhaterial, wobei sich dieses Aufwuchsträgerrhaterial aus adsorptiv wirkenden und nicht adsorptiv wirkenden Bestandteilen mit jeweils unterschiedlicher Dichte zusammensetzt. Nach Durchströmen der beiden Wirbeibettzonen aus den beiden unterschiedlichen Aufwuchsträgermaterialien erfolgt die Ableitung des Wassers aus dem Behälter durch eine Abzugsleitung, welche an der Begrenzung zur 1. Reaktorkammer so angeordnet ist, daß damit die ^; Einströmhöhe der 1. Reaktorkammer festgelegt wird.2. Reactor chamber introduced Aufwuchsträgerrhaterial, wherein this Aufwuchsträgerrhaterial composed of adsorptive acting and non-adsorptive constituents, each with different density. After flowing through the two Wirbeibettzonen from the two different growth media, the discharge of water from the container through a discharge line, which is arranged at the boundary to the first reactor chamber so that so that the ^; Inflow height of the 1st reactor chamber is determined.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung erläutert werden. Das Wasser wird über eine Verteilungseinrichtung 3 gleichmäßig in die Reaktorkammer 1 eingebracht. In der Reaktorkammer !,die mit vorgeschäumten Polystyrolkugeln 4 (Schütthöhe 1 m DW 5 mm) wird bei einer Filtrationsgeschwindigkeit von 10m/h NH₄ZU NO2und NO₃ umgesetzt. Durch die sch rage Anordnung der Bodenfläche im Sammelraum 4 werden die absetzbaren Stoffe zusammen mit dem Prozeßwasser über die Leiteinrichtung 6 in die Reaktorkammer 2 befördert. Durch eine Verkleinerung des Querschnittes 7 am Ende der Leiteinrichtung ca. 30cm über der Entleerung wird eine starke Strömung erzeugt, die das Aufwuchsträgermaterial 8 durchwirbelt. Durch die trichterförmige Gestaltung des Bodens der Reaktorkammer 2 wird die Aufstiegsgeschwindigkeit des Prozeßwassers verringert und es stellt sich eine Klassifizierung der Trägermaterialien 8 entsprechend ihrer Dichte in der Wirbelschicht ein.The invention will be explained below with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings. The water is introduced uniformly into the reactor chamber 1 via a distribution device 3. In the reactor chamber !, which is pre-expanded with polystyrene beads 4 (dump height 1 m DW 5 mm), NH _{4 is} converted to NO ₂ and NO ₃ at a filtration rate of 10 m / h. By sch rage arrangement of the bottom surface in the collecting space 4, the settleable substances are conveyed together with the process water via the guide 6 into the reactor chamber 2. By reducing the cross-section 7 at the end of the guide about 30 cm above the emptying a strong flow is generated, which swirls through the growth carrier material 8. Due to the funnel-shaped design of the bottom of the reactor chamber 2, the rate of ascent of the process water is reduced and it sets a classification of the support materials 8 according to their density in the fluidized bed.

Die Trägermaterialien 8 sind für die Denitrifikanten Siedlungsgrundlage und Nährstofflieferahten von adsorbierten Stoffen. Durch die Leitung 9 wird das Wasser der nächsten Aufbereitungsstufe zugeführt. Eine Be- und Entlüftung 10 ist zur Vermeidung von Unterdruck und zur Ableitung von Gasen angeordnet.The carrier materials 8 are denitrification for settlement basis and nutrient supply of adsorbed substances. Through line 9, the water is supplied to the next treatment stage. A ventilation 10 is arranged to prevent negative pressure and for the discharge of gases.

Claims

1. A process for the biological treatment of water, characterized in that the dry filtration and the fluidized bed technology are combined in a reactor, wherein the raw water to be treated is passed from above a nitrifying seed filter dripped with nitrifying bacteria and aerated so that per milligram of ammonium in the raw water max , 2.7 mg O ₂ are available and the contact time in the dry filter is about 10-15 minutes, so that the nitrification is stopped in nitrite, the raw water is soaked in the underlying reactor so that the dry filter is immersed, the water in a forced flow through a guide led almost to the bottom of the reactor, where it is deflected, due to its high speed, which is introduced in this part of the reactor, consisting of 2 different materials, with nitrifying agents inoculated Aufwuchsträgermaterial, wherein the adhesive material with a density greater than 1 g / cm ^{3 is raised} in the lower region, predominantly flowing, while with the non-adhesive material having a density of less than 1 g / cm ^3, a true fluidized bed is formed and the water to be treated after the upward flow to the exclusion of Oxygen through these two fluidized bed zones in the area of the demarcation skirt derfilter stage is derived from the system.

2. Apparatus for the biological treatment of water, characterized in that in a container one above the other 2 filling chambers (1), (2), which are preferably conically formed down, are arranged, wherein the reactor chamber (1) with a floating immersion filter (4 ), which consists of a buoyant, porous material having a specific gravity of less than 0.5 g / cm ³ , in the reactor chamber (2) is a layer (8) of different support materials, which occupies 10-30% of the reactor volume wherein this layer is 40-60% an adsorptive granular material having a specific gravity greater than 1.2 g / cm ³ and the remainder a non-adsorptive granular material having a specific gravity of 0.5 to less than 1 g / cm ³ , wherein the reactor chambers (1) and (2) are connected to each other by the conduit (6), which opens into the lower part of the layer (8) and below the boundary to Reak torkammer (1) a discharge line (9) is arranged so that so that the inflow height of the reactor chamber (1) is fixed.